[发明专利]一种重力辅助惯性导航系统匹配方法

说明书

本发明公开了一种重力辅助惯性导航系统匹配方法，利用可变搜索区域的方式，令搜索区域随惯性导航精度实时变化，有效减小了搜索范围，减少了备选匹配轨迹点的数量，搜索效率得以提升；通过在每个搜索区域内寻找与重力仪测量的重力异常值近似相等的点，进一步完成备选匹配轨迹点的筛选；同时利用匹配轨迹点与对应的惯性导航输出轨迹点之间的距离偏差越来越大且变化在一定范围内这一约束条件，有效减少了备选匹配轨迹的数量，提升了匹配效率。

技术领域

本发明属于组合导航技术领域，涉及一种重力辅助惯性导航系统匹配方法。

背景技术

作为陆海兼备的大国，海洋战略在我国整体发展战略中的地位越来越重要，我国也越来越重视海洋技术的发展，水下潜器技术在海洋技术的发展中是不可或缺的，具有十分重要的战略意义。惯性导航系统凭借着其仅仅依靠自身即可实现导航的特点，通常作为水下潜器的主要导航系统。惯性导航系统工作时无需从外部接收信号，也无需向外部发射信号，有着隐蔽性高、无源自主等优点。但是惯性导航作为一种积分型导航方式，误差会随时间不断累积，其定位精度不能满足长航时潜器的要求。因此仅仅依靠惯性导航系统无法实现水下潜器的长航时精准导航，采用其他导航方式辅助惯性导航系统以提升导航精度是一个必然的趋势。

地球物理场(地形场、地磁场﹑重力场等)信息是地球的固有信息，通常指由各种地球物理方法在地表或地表附近测量的各种物理现象的信息。利用地球物理场信息实现导航的技术凭借着其无源自主的特点逐渐引起了人们的高度重视，并得以在辅助惯性导航系统领域迅速发展。常用的利用地球物理场信息辅助惯性导航的方式有地形辅助惯性导航系统、地磁场辅助惯性导航系统和重力辅助惯性导航系统。对于水下导航来说，地形数据测量起来困难很大，地磁场容易受铁磁物质等干扰并且稳定性不高，而重力场数据易于测量并且十分稳定，因此重力辅助惯性导航系统能够极大的满足水下潜器“自主性、高精度、隐蔽性”的要求。

重力匹配算法是重力辅助惯性导航系统的核心技术之一，基本原理是将实时重力仪测得的重力数据与事先存储于重力数据库中的重力数据通过某种数据处理方法进行比对分析，并通过判定准则确定两组数据的相似或相关程度，最后确定最终的最优匹配序列(点)。重力匹配算法按照采样方式主要分为两大类，单点匹配和序列匹配。单点匹配算法采用对每个采样点都进行重力匹配的方式，以此来抑制惯性导航误差的增长，常用的是由美国桑迪亚实验室提出的桑迪亚(SITAN)匹配算法。该算法利用扩展卡尔曼滤波技术实现，通过对重力场进行局部线性化处理来实现匹配过程，但是该算法的缺点是：由于重力特征的非线性，在重力特征明显的区域，扩展卡尔曼滤波线性化误差较大，严重时导致滤波发散，使得匹配失去意义。序列相关匹配算法采用当采样序列累积到一定长度时才进行一次重力匹配的方式，来对惯性导航误差进行修正。常用的序列相关匹配算法包括最近等值线迭代算法(ICCP)、相关极值匹配算法等等。ICCP算法来自于图像配准算法，相关极值匹配算法是由地形匹配中的地形轮廓匹配TERCOM算法发展而来。序列匹配算法精度高，但是由于每一次匹配都要在采样到足够的点数后进行，所以实时性比较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种重力辅助惯性导航系统匹配方法，以解决传统序列匹配算法实时性差的问题。在每次进行序列匹配时，采用可变搜索区域的方式，令搜索区域的大小随着惯性导航的精度实时变化，有效减小搜索范围，减少备选匹配轨迹点的数量；在搜索区域内依次寻找与重力仪测量的重力数据近似相等的点，进一步完成备选匹配轨迹点的筛选；利用匹配轨迹点与对应的惯性导航输出轨迹点之间的距离偏差越来越大且变化在一定范围内这一约束条件，有效减少了备选匹配轨迹的数量；最后考虑到惯性导航系统的误差随时间不断累积，因此引入加权性能指标，在匹配过程中对精度和可信度较高的数据赋予更大的权值。

一种重力辅助惯性导航系统匹配方法，包括如下步骤：

步骤一、离线状态下，在预存的重力基准图上寻找对应的惯性导航系统输出轨迹点；将获得的惯性导航系统输出轨迹点以N个为一组，分成多组匹配序列；所述N的取值范围为5至20；